The Effect of Some Binders and Their Combinations on the

The Effect of Some Binders and Their Combinations on the

International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
The Effect of Some Binders and Their Combinations on
the Porosities and Strengths of the Pellets Produced From
Magnetite Concentrates
Mustafa Boyrazli
Firat University, Engineering Faculty, Metallurgy and Materials Engineering Department,
23119 Elazig, Turkey, E-mail: [email protected]
Elif Aranci Ozturk
Firat University, Engineering Faculty, Metallurgy and Materials Engineering Department,
23119 Elazig, Turkey,
Yunus Emre Benkli
Ataturk University, Engineering Faculty, Metallurgy and Materials Engineering Department,
25240, Erzurum, Turkey,
Selcuk Karatas
Firat University, Engineering Faculty, Metallurgy and Materials Engineering Department,
23119, Elazig/Turkey,
Murat Yucedag
Firat University, Keban Vocational High School, 23700, Elazig/Turkey,
Zeki Cizmecioglu
Istanbul Commerce University, Faculty of Engineering and Design,
Jewellery Engineering Department, 34840, Istanbul/Turkey,
The research is financed by project of MF 13.22( FUBAP- Firat University)
Abstract
In this study, in the pelletizing process of iron ore concentrates in powder form, binding properties of the
fly ash, which it is not used pelletizing process of the iron ores currently, and it’s combination together
with various binders were investigated. In this purpose, the strength and porosity of the pellets produced
using various binders such as calcium bentonite, sodium bentonite, calcium hydroxide (Ca(OH)2),
olivine, portland cement and zeolite, have been compared with studies used fly ash as a binder. A part of
these binders remained under the standards in terms of porosities, despite the fact that they delivered
positive results in terms of strength. In experiments in which fly ash as the binder used alone, although
not in the strength, it was concluded that to be used with different binders due to the fact that the pellets
had the best porosity. In industrial applications, it is desirable to be a minimum of 250 Kg /pellet for the
resistance value of a pellet and the porosity of a pellet is between 22-35%.
It were obtained 328 Kg / pellet strengths and 31.26% porosity when 0.75% fly ash was added in the 1%
Na-bentonite. These values show that as a combination of binders may be used in the industrial
production of pellets.
Keywords: Binders, Na-Bentonite, Ca-Bentonite, Ca(OH)2, olivine, portland cement, fly ash, zeolite,
pelletizing
Manyetit Konsantresinden Üretilen Peletlerin
Mukavemet Ve Gözenekliliklerine Bazı Bağlayıcı Ve
Kombinasyonlarının Etkisi
Özet
Bu çalışmada, toz halindeki demir cevheri konsantrelerinin peletlenmesi işlemlerinde çeşitli
bağlayıcılarla birlikte, halen demir cevherlerinin peletlenmesi işlemlerinde kullanılmayan uçucu kül ve
kombinasyonlarının bağlayıcılık özelliği araştırılmıştır. Bu amaçla, kalsiyum bentonit, sodyum bentonit,
30 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
kalsiyum hidroksit (Ca(OH)2), olivin, portland çimentosu ve zeolit gibi çeşitli bağlayıcılar kullanılarak
üretilen peletlerin mukavemet ve gözeneklilik değerleri, uçucu külün bağlayıcı olarak kullanıldığı
çalışmalarla kıyaslanmıştır. Bu bağlayıcıların bir kısmı mukavemet açısından olumlu sonuçlar vermesine
rağmen, pelet gözenekliliğinde standartların altında kalmıştır. Uçucu külün bağlayıcı olarak tek başına
kullanıldığı deneylerde pelet mukavemetinde olmasa da, pelet gözenekliliğinde gösterdiği olumlu
sonuçlardan dolayı, farklı bir bağlayıcı ile birlikte kullanılması gerektiği kanaatine varılmıştır.
Endüstriyel uygulamalarda, pelet mukavemetinde minumum 250 Kg/pelet mukavemet değeri, %22-35
arasında porozite değeri istenmektedir. %1 Na-bentonitine, %0,75 uçucu kül ilave edilmesi ile elde
edilen 328 Kg/pelet mukavemet değeri ve %31,26 porozite değeri endüstriyel pelet üretiminde
kullanılabilecek bir kombinasyon olarak görülmektedir.
Anahtar Kelimeler: Bağlayıcılar, Na-bentonit, Ca-Bentonit, Ca(OH)2, olivin, portland çimentosu,
uçucu kül, zeolit, peletleme
1.Giriş
Demir cevherlerinin peletlenmesi, ince taneciklerin su, gerektiği takdirde bağlayıcı madde ile
topaklanarak küresel bir şekil almalarını ve bu yaş peletlerin termik sertleştirme işlemini kapsar.
Cevherin veya konsantrelerin peletlenebilmeleri için tane büyüklüklerinin, % 50-80’ nin 0,045 mm (325
mesh)' nin altında olması gerekir [1,2].
Cevherden demir üretimi sırasında toz cevherlerin peletlenmesi ve bunu takiben peletlerin yüksek
sıcaklıklarda pişirilerek dayanım değerlerinin arttırılması işlemi bağlayıcı bir malzeme gerektirir.
Demirli malzemenin peletlenmesi işleminde bağlayıcılar iki önemli fonksiyonu yerine getirirler.
Bunlardan birincisi, nemli cevhere plastik özellik kazandırarak şekillendirilen peletler içinde kontrollü
bir hızla büyüyen çekirdeklerin oluşumunu sağlamak, ikincisi ise kurutma esnasında, nem
uzaklaştırılırken aglomeralar içindeki partikülleri pelet ısıtılıp taneler sinterleninceye kadar bir arada
tutmaktır. Bağlayıcının uygunluğu bu fonksiyonların her birini ne derecede iyi taşıdığına bağlıdır[2,3].
Demir cevherlerinin peletlenmesi işlemlerinde en önemli kriterlerin başında, pelet mukavemeti ve pelet
gözenekliliği gelmektedir. Endüstriyel uygulamalarda pelet mukavemetinin minumum 250 Kg/pelet,
pelet gözenekliliğinin ise %22-35 arasında olması istenmektedir. Literatürde, Na-bentonitinin tek başına
kullanılması durumunda, bentonit miktarına bağlı olarak kuru pelet dayanımlarında artış olduğu ancak,
ham pelet düşme sayısı, yaş pelet mukavemet ve gözeneklilik değerlerinde arzu edilen sonuçların elde
edilmediği belirtilmiştir[4].
1.1. Peletleme İşlemlerinde Kullanılan Bazı Bağlayıcı Türleri
Peletleme, ince taneli demir oksit tanelerinin bir arada tutunmaları için bağlayıcı gerektiren bir işlem
olup bağlayıcı ilave edilerek üretilen bu aglomeralar sinterlenerek yüksek gerilimli peletler elde
edilmektedir. Bentonit kili en yaygın bağlayıcı türü olarak kullanılsa da, bununla rekabet edebilecek hem
organik hem de inorganik birçok bağlayıcı türü bulunmaktadır.
Peletlerde partiküller arası bağların farklı türleri için bağ kuvvetinin büyüklüğü, Van der Waals, manyetik
veya elektrostatik kuvvetler, Kapilar kuvvetler, adezyonal ve kohazyonal kuvvetler, mekanik bağlanma,
eriyen materyalin sinterlenmesi ve kristalizasyonuyla oluşan katı köprülerden kaynaklandığı
düşünülmektedir [2]. Peletleme işlemlerinde kullanılan bazı bağlayıcı türleri aşağıda verilmektedir.
- Bentonit
Pelet özelliklerini en çok etkileyen ayrıca bağlayıcı olarak en çok kullanılan kil tipi bentonit killeridir.
Kil mineralleri kaolinit smektit ve poligorksit ve sefiolittir. Sodyum bentonit smektit minerallerinden
montmorrilanitten oluşan bir kildir(şekil 1). Smektit kristal yüzeyindeki negatif potansiyelden dolayı
elektrostatik dengesizlik oluştururlar, bu nedenle izomorf bir kimyasal yapıya sahiptirler. Bu adsorbsiyon
ve plakalar arasındaki zayıf bağlar suyun tabakalar arasına girmesine izin vermekte ve smektit
mineralinin kristal kafesinde genişlemeye neden olmaktadır. Genellikle bentonitler olarak bilinen
smektitin değişebilen dominant iyonu kalsiyum ise kalsiyum bentoniti, sodyum ise sodyum bentoniti
olarak adlandırılır. Yüksek tabaka şarjı, ince partikül boyutu, zayıf tabakaların değişebilen yüksek katyon
kapasitesi ve büyük yüzey alanı birçok endüstriyel uygulamalarda istenilen iyi kimyasal ve fiziksel
özellikleri sağlayıcı rol oynamasına neden olur[4,5].
Sodyum bentonit suyla temas ettiğinde kuru hacminin 15-18 katı şişebilme özelliğine sahip olmakla
birlikte tüm bentonitler alüminyum oksit, potasyum oksit, magnezyum oksit gibi bileşikler içermektedir.
31 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
Sodyum montmorillanitin ince partikül boyutu yüksek tabaka şarjı ve büyük yüzey alanı suda
dağıldığında yüksek viskozite ve yüksek tiksotropi ile sonuçlanır [5-8].
- Portland Çimentosu
Suyla temas ettiğinde sertleşip, partikülleri bir arada tutan çimento fazı oluşturur. Normal portland
çimentosu tipik olarak CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 ve diğer bileşenlerden oluşmaktadır. Bu bileşenlerin
çoğu alit (Ca3SiO5), belit (Ca2SiO4), alüminat (Ca3Al2O6), ferrit (Ca2AlFeO5), ve eser miktarda kalsiyum
oksit ve alkali sülfatlarında içinde bulunduğu dört ana faz içindedir [2]
Şekil 1. Smektit kristalinin yapısı[2].
- Kireçtaşı (Ca(OH)2)
Hidrate kireçtaşı suyla karıştırıldığında bir çimento içinde katılaşır, kuruma ve yeniden kristallenmeye
izin verir. Silikasız bir son ürün oluşmasına katkıda bulunması, yüksek fırında pelet redüklendiğinde
silika flaksının rolünü üstlenmesi ve pelet performansını geliştirmesi, kolayca elde edilebilir olması gibi
birçok özelliğe sahip olması nedeniyle pelet üretiminde bağlayıcı olarak kullanımı için çok caziptir [2].
- Uçucu Kül
Kömürle çalışan termik santrallerin bir artığı olarak ortaya çıkan uçucu külün halen demir cevherlerinin
aglomerasyonunda kullanım alanı bulunmamaktadır. Uçucu kül bir pozzolan olarak tanımlanabilir.
Pozolanik malzeme, suyun varlığında kireç veya diğer alkalilerle reaksiyona girerek çimentoya benzer
bir yapı oluşturan malzemelerdir. Çimento oluşumunda konsantrenin özelliklerini geliştirmek için
çimentoya sık sık uçucu kül karışımı ilave edilir. Literatür çalışmaları göstermektedir ki, portland
çimentosu reaksiyonlarında kalsiyum aktivatörü uçucu kül aktivasyonunu hızlandıran kimyasalları
belirleyici rol oynamaktadır[9,10].
- Olivin
Bileşimi (Mg,Fe)2SiO4 olup ortorombik sistemde kristallenmiştir[12]. Magmada ilk önce kristalleşen
yapıdır. Olivin yüksek sıcaklık ve silikat mineral grubuna ait, Mg ve Fe iyonlarını içeren, siyahtan yeşile
kadar değişebilen renk özelliğine sahip olan bir mineral çeşididir. Sertliği 6,5-7, yoğunluğu 3,3-3,4’ tür
32 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
[13]. Endüstriyel demir üretiminde olivin yüksek fırınlarda ergitici ve cüruf düzenleyici, sinterleşme
derecesini düşüren bir hammadde olarak kullanılmaktadır. Yüksek fırında katı gaz reaksiyonları ve gaz
geçirgenliğinde büyük avantajlara sahip bir malzeme oluşundan, pelet üretiminde bağlayıcı bileşen
olarak kullanılabilirliği önemli avantajlarındandır. Düşük reaktifliğe sahip olivin peletleme çalışmasında
yaş peletlerin oksidasyonu sırasında yüksek sıcaklıklara çıkılmasına neden olur. Daha önce yapılmış
çalışmalarda, peletlerde kaba taneli olivin minerallerinin bulunmasının indirgenmeyi pozitif yönde
etkilediği kanıtlanmıştır [14-16].
- Zeolit
Zeolitler, milyonlarca yıl önce oluşan doğal mineraller olup volkanik küllerin su ortamında değişime
uğraması sonucunda oluşurlar. Zeolit mineralleri, birbirine oksijen atomlarını paylaşarak bağlanan
tetrahedral AlO4 ve SiO4'in sınırsız uzayabilen üç boyutlu ağından oluşan alüminosilikat yapıdadır(Şekil
2). Yapıları bal peteği, kafese benzeyen, değişebilir katyonlar ve su ihtiva eden mikro gözenekli
malzemelerdir. Bu özellik zeolitlerin seçimli adsorbsiyon, moleküler elek ve katalitik kullanım alanları
gibi uygulamalarda değerlendirilmesini sağlar[2].
-
Şekil 2. Mikro gözenekli yapısıyla zeolit molekülü [11]
2. Deneysel Çalışmalar
Deneylerde kullanılan, manyetit cevheri konsantresi, Na-bentonit, uçucu kül, Ca-bentonit, zeolit ve
olivinin kimyasal bileşimleri Tablo 1’de verilmiştir.
Tablo 1. Deneylerde kullanılan manyetit cevheri, Na-bentonit, uçucu kül, Ca-bentonit, zeolit ve olivinin
kimyasal analizleri
Manyetit
Na-Bentonit Uçucu
Ca-bentonit
Zeolit
Olivin
Konsantresi
Kül
Fe
68,50
1,708
6,196
0,56
1,19
4,627
SiO2
2,20
57,08
51,45
71,0
71,0
42,00
CaO
0,60
1,41
9,035
0,8
3,4
MgO
0,58
2,14
4,056
3,0
1,4
47,30
Al2O3
0,75
18,88
18,221
13,3
11,8
0,13
Mn
0,10
-
0,083
-
-
-
TiO2
-
-
0,767
0,10
0,10
-
P
-
-
0,088
-
-
-
S
0,4
-
0,53
-
-
-
Na2O
0,04
2,97
0,015
0,3
0,4
0,035
33 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
K2O
0,07
0,88
0,793
0,7
2,4
-
Pb
0,01
-
0,009
-
-
As
-
-
0,013
-
-
Cu
0,02
-
0,007
-
-
Zn
0,01
-
0,007
-
-
Ni
0,20
-
0,066
-
0,118
Co
-
-
0,004
-
Sr
-
-
0,064
-
-
-
Zr
-
-
0,007
-
-
-
V
-
-
0,013
-
-
-
Ba
-
-
0,088
-
-
-
2.1. Yöntem
Konsantreye bağlayıcı ilavesi yapmadan önce gerekli miktarlarda bağlayıcılar tartılıp ayrıldı, bu
bağlayıcılar her defasında ayrı ayrı manyetit konsantresi ile birlikte bir karıştırıcıya konuldu. Konsantre
ve bağlayıcılar karıştırıcı içerisinde 10 dakika karıştırıldıktan sonra, laboratuvar ölçekli yatayla 45 o’ lik
açı yapan ekseni etrafında 35 devir/dakika hızla dönen Multipex Marka peletleme diskinde
şekillendirildi. Peletleme diskinde şekillendirilen peletler 105 oC’ de sıcaklıkta 2 saat kurutma işlemine
tabi tutuldu. Kurutulmuş peletler seramik bir kroze içerisine konularak, bir tüp fırına kademeli olarak
(25-600 oC’ ye 10 dakikada, 600-1280 oC’ ye 10 dakika ve 1280 oC’ de 40 dakika, toplam fırında kalma
süresi 1 saat) itilerek hava akımında pişirildi. Pişirilen peletlerin termal şoka uğramamaları için yine
kademeli olarak 10 dakika içerisinde fırından alındılar.
Sinterlenmiş (pişirilmiş) peletlerin mukavemet testleri Mohr Bfederhoff AG marka üniversal tip Hidrolik
çekme makinesinde yapıldı.
Pelet test standartlarında üretilen ham peletlerin tüm testlerinin en az 20 pelet üzerinde yapılması verilerin
doğruluğu açısından çok önemli olduğu vurgulanmaktadır [2].
Ham pelet düşme sayısı, bir peletin 45 cm’ den çelik bir yüzey üzerine düşürülerek kırıldığı ana kadar
tekrarlanmıştır. Bu deney her defasında 20 pelet numunesi üzerinde yapılmış ve ortalamaları alınmıştır.
Sodyum bentonit ve kalsiyum bentonitinin bağlayıcı olarak kullanıldığı peletlerin dayanımları 9-10
düşme/45 cm olurken, diğer bağlayıcılarda bu değer ortalama olarak 4-5 düşme/45 cm olarak
ölçülmüştür. Etüvde 105 oC’ de sıcaklıkta 120 dakika yapılan kurutma işleminden sonra peletlerin
mukavemetlerine bakıldığında, Ca(OH)2’ in bağlayıcı olarak kullanıldığı numunelerin mukavemetleri
2,8-3,0 Kg/Pelet olarak okunurken, diğerleri 2,4-2,6 Kg/Pelet olarak ölçülmüştür. Uçucu kül ile Nabentonit kombinasyonunda ise, ham pelet düşme sayısında, 34-36 düşme/45cm, kurutma işleminden
sonra pelet mukavemet değerlerinde 16-18 Kg/pelet değerlerine ulaşılmıştır.
Peletlerin gözeneklilikleri Ocak 1985 tarihli TS 4380 standardına göre suda kaynatma metodu
uygulanarak yapıldı. 1280 oC’ de pişirilmiş peletlerden 5 adet alınıp kuru olarak tartımları yapıldıktan
sonra içinde 100 ml saf su bulunan behere konularak, bir hot plate üzerinde kaynayıncaya kadar ısıtıldı.
Kaynama başladıktan 20 dakika sonra hot plate üzerinden alınan su dolu beherler oda sıcaklığında
soğutulduktan sonra içinden alınan peletlerin yüzeyindeki ıslaklık giderilerek tartıldı, yaş ağırlıkları kayıt
edildi. Suyun içinde askıda tartılarak ağırlıkları belirlendi ve aşağıdaki bağıntıya göre pelet gözenekliliği
hesaplandı.
% 𝐺ö𝑧𝑒𝑛𝑒𝑘𝑙𝑖𝑙𝑖𝑘 = (𝑊 − 𝐷)/(𝑊 − 𝑆) 𝑥 100
Burada,
W = Peletlerin Yaş Ağırlıkları
D = Peletlerin Kuru Ağırlıkları
S = Peletlerin Askıdaki Ağırlıkları
2.2. Deneysel Çalışma Sonuçları
Kalsiyum bentonit, sodyum bentonit, kalsiyum hidroksit (Ca(OH) 2), olivin, portland çimentosu, zeolit
ve Bursa Orhaneli Termik Santrali’nden temin edilmiş olan uçucu kül gibi bağlayıcılar ile manyetit
konsantresinden hazırlanmış pelet numunelerinin sinterlenmesi sonucu mukavemet değerlerine ve
34 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
porozitelerine olan etkilerinin incelenmesi amacıyla, % 0,25-1 arasında değişen oranlarda bağlayıcı
ilavesi yapılmış ve 1280 oC’ de 1 saat boyunca hava akımında sinterlendikten sonra pelet mukavemetleri
(Şekil 3 (a)) ve pelet gözeneklilikleri (Şekil 3 (b)) incelenmiştir.
Endüstriyel uygulamalarda en fazla kullanılan bağlayıcı türü olan sodyum bentonit miktarına bağlı olarak
sinterlenmiş pelet mukavemetinde artışın olması beklenmelidir. Na-bentonit miktarının % 0,25-1
arasında kullanıldığı çalışmalarda, bentonit oranına bağlı olarak pelet mukavemetinde, 135-310 Kg/pelet
arasında sürekli bir artış görülmüştür.
Kalsiyum bentonit, kalsiyum hidroksit (Ca(OH)2) ve olivinin bağlayıcı olarak kullanıldığı deneylerde,
en iyi mukavemet değeri kalsiyum hidroksitli numunelerde elde edilirken, en iyi pelet gözenekliliğine
ise olivinle yapılan çalışmalarda ulaşılmıştır.
Kalsiyum hidroksitin cüruf ergiyik miktarını arttırması dolayısıyla sinterlenmiş pelet mukavemetinde
yüksek değerler elde edilirken, pelet gözenekliliğinde ortalama % 26,5’ lik bir değer elde edilmiştir.
Literatürde mevcut çalışmayı destekleyen çalışmalar, alınan sonuçların güvenirliliğini
desteklemektedir[2].
400
(a)
Sinterlenmiş Pelet
Mukavemeti(Kg/Pelet)
350
300
250
200
150
Ca-Bentoniti
100
Ca(OH)2
Na-Bentoniti
50
Olivin
0
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
Bağlayıcı Miktarı (%)
40
(b)
Pelet Gözenekliliği (%)
35
30
25
20
15
Ca-Bentoniti
10
Ca(OH)2
Na-Bentoniti
5
Olivin
0
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
Bağlayıcı Miktarı (%)
Şekil 3. Bağlayıcı olarak kullanılan Ca-bentonit, Ca(OH)2, Na-bentonit ve olivinin (a) Sinterlenmiş pelet
mukavemetine (b) Pelet gözenekliliğine etkileri.
35 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
Olivinin değişebilir katyonu daha çok magnezyumdur ve çok az su absorbe edebilir. Bu nedenle olivinin
bağlayıcı olarak kullanıldığı deneylerde diğer bağlayıcılara nazaran, sinterlenmiş pelet dayanımında
kabul edilebilir değerlere ulaşılamamıştır. Yapılan çalışmalarda %1 olivin ilavesinin sinterlenmiş pelet
dayanımında 275 Kg/pelet bir değer elde edilmesine, ancak daha düşük oranlarda olivin ilavesinin diğer
bağlayıcılara kıyasla daha düşük mukavemet değerleri elde edilmesine neden olduğu görülmüştür.
Endüstriyel uygulamalarda pelet gözenekliliğinde % 22-35 arasında, sinterlenmiş pelet mukavemetinin
ise minimum 250 Kg/pelet değerinde olması istenmektedir. % 0,75 olivin ilavesinin bu şartları sağladığı
görülmektedir.
Kalsiyum bentonitinin %1’lik dozajda bağlayıcı olarak kullanıldığı deneylerde sinterlenmiş pelet
mukavemetinde 290 Kg/pelet, pelet gözenekliliğinde ise % 26,2 gibi bir değer elde edilmiştir.
Sinterlenmiş pelet mukavemetinde 310 Kg/pelet, pelet gözenekliliğinde ise % 19,93 değere ulaşılan
sodyum bentonitli deneylerle kalsiyum bentonitli çalışmalar karşılaştırıldığında mukavemet bakımından
sodyum bentonitinin daha etkin olduğu görülmektedir.
Sinterlenmiş pelette mukavemetin yanı sıra gözenekliliğinde kabul edilebilir değerlerde olması istenir.
Pelet mukavemetindeki iyileşme, silikat bağlarından kaynaklanmakta ve gözeneklilik değerlerinin kabul
edilebilir sınırların altında kalmasına neden olmaktadır. Peletlerden beklenen temel özelliklerden birisi
olan redüklenebilirlik ve katı-gaz reaksiyonlarının en iyi verimle yüksek fırında gerçekleşmesi için
peletin mukavemetinin de göz önünde bulundurularak porozitesinin optimize edilerek % 22 ile % 35
arasında olması gerekmektedir. Her iki parametrenin de standartları yakalayabilmesi amacıyla portland
çimentosu, zeolit ve uçucu kül gibi bağlayıcılar ile konsantrenin peletlenmesi çalışmalarına devam
edilmiştir.
Sinterlenmiş pelet mukavemetleri göz önüne alındığında en iyi sonuçların portland çimentosunda elde
edildiği, uçucu külün tek başına kullanılması durumunda ise kabul edilebilir mukavemet standartlarının
çok altında değerlerin elde edildiği şekil 4 (a)’ da görülmektedir. Gözeneklilik değerlerinde (şekil 4 (b))
ise uçucu külün artan miktarıyla % 35,56 değerine ulaşılmıştır. Ancak peletlerin yaş mukavemetlerinde,
portland çimentosu, sodyum bentonit ve kalsiyum bentonit ile hazırlanmış pelet numunelerinin ortalama
9-10 düşme/45 cm’ den sonra kırıldığı gözlenirken diğer bağlayıcılarda bu değer 4-5 düşme/45 cm olarak
ölçülmüştür.
Pelet gözenekliliğinde olumlu sonuçların elde edilmesi, uçucu külün mukavemeti arttırıcı rol
oynayabilecek başka bir bağlayıcı ile kombinasyonunun denenmesi gerektiği sonucunu ortaya
çıkarmaktadır. Yapılan çalışmaların ilk kısmında, Ca-bentonit ile uçucu kül kombinasyonu, ikinci
kısmında ise Na-bentonit ile uçucu kül kombinasyonu denenmiştir. Yapılan çalışmalar aşağıda
verilmektedir.
Ca-bentonit miktarı % 0,75 olarak alınıp buna, % 0,25-0,50 ve 0,75 oranında uçucu kül ilavesi yapılmış
(Şekil 5. (a));
Ca-bentonit miktarı % 1 olarak alınıp buna, % 0,25-0,50 ve 0,75 oranında uçucu kül ilavesi yapılmıştır.
(Şekil 5. (b)).
Aynı çalışma Na-bentonit için de yapılmıştır.
Na-bentonit miktarı % 0,75 olarak alınıp buna, % 0,25-0,50 ve 0,75 oranında uçucu kül ilavesi
yapılmış(Şekil 6. (a));
Na-bentonit miktarı % 1 olarak alınıp buna, % 0,25-0,50 ve 0,75 oranında uçucu kül ilavesi
yapılmıştır.(Şekil 6. (b))
% 0,75 Ca-bentonitine, % 0,25, % 0,50 ve % 0,75 oranlarında ilave edilen uçucu kül miktarına bağlı
olarak sinterlenmiş pelet dayanımında sırasıyla, 293, 274 ve 257 Kg/pelet değerler elde edilirken pelet
gözenekliliğinde % 25,13, % 28,70 ve % 30,7 gibi değerler elde edilmiştir. Ancak % 1 Ca-bentonitine
ilave edilen uçucu külün miktarındaki artışa bağlı olarak sinterlenmiş pelet dayanımında sırasıyla, 319,
277 ve 228 Kg/pelet elde edilmesi, pelet gözenekliliğinde % 24,96, % 26,53 ve % 29,96 değerlere
ulaşılması, artan uçucu kül miktarının sinterlenmiş pelet dayanımına olumsuz yönde bir etkisinin
olduğunu göstermektedir. % 0,50 uçucu külün, % 0,75 Ca-bentonit ilave edilmesi durumunda, pelet
gözenekliliğinde ve sinterlenmiş pelet dayanımında makul değerler elde edilmesini sağlamaktadır.
Aynı şekilde % 0,75 Na-bentonitine, % 0,25, % 0,50 ve % 0,75 oranlarında ilave edilen uçucu kül
miktarına bağlı olarak sinterlenmiş pelet dayanımında sırasıyla, 315, 290 ve 263 Kg/pelet değerler elde
edilirken pelet gözenekliliğinde % 24,32, % 27,15 ve % 29,23 gibi değerler elde edilmiştir. % 1 Nabentonitine ilave edilen uçucu külün miktarındaki artışa bağlı olarak sinterlenmiş pelet dayanımında
sırasıyla, 328, 302 ve 275 Kg/pelet elde edilmiş, pelet gözenekliliğinde ise % 23,15, % 24,02 ve % 31,26
değerlere ulaşılmıştır.
36 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
%1 Na-bentonitine%0,75 uçucu kül ilave edilmesi ile elde edilen 328 Kg/pelet mukavemet değeri ve
%31,26 porozite değeri endüstriyel pelet üretiminde kullanılabilecek bir kombinasyon olarak
görülmektedir. Uçucu külün pozolanik bir artık olduğu göz önüne alındığında, sodyum bentoniti ile
belirli oranlarda kullanılması durumunda hem pelet mukavemetinde hem de pelet gözenekliliğinde
olumlu sonuçlar vermesinden dolayı demirli malzemelerin peletlenmesinde bağlayıcı olarak
değerlendirilebileceği anlaşılmaktadır.
600
(a)
Sinterlenmiş Pelet
Mukavemeti(Kg/Pelet)
500
400
300
Portland
Çimentosu
Zeolit
200
100
Uçucu Kül
0
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
Bağlayıcı Miktarı (%)
Portland Çimentosu
Zeolit
Uçucu Kül
(b)
40
Pelet Gözenekliliği
(%)
35
30
25
20
15
10
5
0
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
Bağlayıcı Miktarı (%)
Şekil 4. Bağlayıcı olarak kullanılan portland çimentosu, zeolit ve uçucu külün, (a) Sinterlenmiş pelet
mukavemetine (b) Pelet gözenekliliğine etkileri.
37 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
Mukavemet
Porozite
(a)
31
290
30
285
29
280
275
28
270
27
Gözeneklilik(%)
Sinterlenmis Pelet Mukavemeti (Kg/Pelet)
295
265
26
260
25
255
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
Uçucu Kül(%)
(b)
320
30
29
300
28
280
27
260
Gözeneklilik(%)
Sinterlenmis Pelet Mukavemeti (Kg/Pelet)
Mukavemet
Porozite
26
240
25
220
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
Uçucu Kül(%)
Şekil 5. % 0,25, % 0,50 ve % 0,75 oranında uçucu külün (a) % 0,75 Ca-bentonitine,(b) % 1 Cabentonitineilave edilmesinin sinterlenmiş pelet mukavemetine ve pelet gözenekliliğine olan etkisi.
38 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
Mukavemet
Gözeneklilik
(a)
34
340
320
30
300
28
280
26
260
240
0,00
24
0,25
0,50
22
1,00
0,75
Mukavemet
Gözeneklilik
Uçucu Kül (%)
360
Sinterlenmis Pelet Mukavemeti (Kg/Pelet)
Gözeneklilik (%)
32
34
(b)
340
32
320
30
300
280
28
260
26
Gözeneklilik(%)
Sinterlenmis Pelet Mukavemeti (Kg/Pelet)
360
240
24
220
200
0,00
0,25
0,50
0,75
22
1,00
Uçucu Kül(%)
Şekil 6. % 0,25, % 0,50 ve % 0,75 oranında uçucu külün (a) % 0,75 Na-bentonitine,(b) % 1 Nabentonitineilave edilmesinin sinterlenmiş pelet mukavemetine ve pelet gözenekliliğine olan etkisi.
39 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
3. Tartışma
Manyetit konsantresine, % 0,25-1 oranında Na-bentonit, Ca-Bentonit, Ca(OH)2, olivin, portland
çimentosu, uçucu kül ve zeolit gibi bağlayıcılar ayrı ayrı ilave edilerek küresel peletler üretilmiş olup bu
bağlayıcıların sağlamış oldukları mukavemet ve gözeneklilik değerleri incelenmiştir. Bu çalışmada
kullanılan uçucu kül, kömürle çalışan termik santrallerin bir artığı olarak ortaya çıkmakta ve halen demir
cevherlerinin aglomerasyonunda kullanılmamaktadır.
Sodyum bentonit ve kalsiyum bentonitinin bağlayıcı olarak kullanıldığı peletlerde ham pelet düşme
sayısı, 9-10 düşme/45 cm olurken, diğer bağlayıcılarda bu değer ortalama olarak 4-5 düşme/45cm olarak
ölçülmüştür. Kurutma işleminden sonra peletlerin mukavemetlerine bakıldığında, Ca(OH) 2’ in bağlayıcı
olarak kullanıldığı numunelerin mukavemetleri 2,8-3,0 Kg/Pelet olarak okunurken, diğerleri 2,4-2,6
Kg/Pelet olarak ölçülmüştür. Uçucu kül ile Na-bentonit kombinasyonunda ise, ham pelet düşme
sayısında, 34-36 düşme/45cm, kurutma işleminden sonra pelet mukavemet değerlerinde 16-18 Kg/pelet
değerlerine ulaşılmıştır. Literatürde yapılan çalışmalarla kıyaslandığında bu değerlerin makul değerler
olduğu anlaşılmaktadır.
Ancak uçucu külün bağlayıcı olarak kullanıldığı deneylerde, uçucu kül miktarı arttırıldıkça, sinterlenmiş
pelet mukavemet değerlerinde düşüş olduğu gözlenirken, gözeneklilik değerlerinde bir artış olduğu
görülmüştür. Bu durumun, uçucu külün bünyesinde bulunan ve sinterlenme sıcaklıklarında gaz halinde
pelet bünyesinden ayrılan maddelerden kaynaklandığı düşünülmektedir.
Sinterlenmiş pelet gözeneklilik değerlerinde olumlu sonuçların elde edilmesi, uçucu külün mukavemeti
arttırıcı rol oynayabilecek başka bir bağlayıcı ile kombinasyonunun denenmesi gerektiği sonucunu ortaya
çıkarmaktadır. Yapılan çalışmaların ilk kısmında, Ca-bentonit ile uçucu kül kombinasyonu, ikinci
kısmında ise Na-bentonit ile uçucu kül kombinasyonu denenmiştir. Yapılan çalışmalarda, % 0,75 uçucu
külün, % 1 Na-bentonitine ilave edilmesi sonucu, sinterlenmiş pelet dayanımında 328 Kg/pelet, pelet
gözenekliliğinde ise %31,26 değerine ulaşılmıştır. Bu sonuç, endüstriyel pelet üretiminde
kullanılabilecek bir kombinasyon olarak görülmektedir. Uçucu külün pozolanik bir artık olduğu göz
önüne alındığında, sodyum bentoniti ile belirli oranlarda kullanılması durumunda pelet mukavemet ve
gözeneklilik değerlerinde olumlu sonuçlar vermesinden dolayı demirli malzemelerin peletlenmesinde
bağlayıcı olarak değerlendirilebileceği ve çevre kirliliği oluşturmasının önüne geçilebileceği
anlaşılmaktadır.
4. Kaynaklar
[1] Boyrazlı, M., 2008, “Demir Cevheri İçerisindeki Safsızlıkların Olumsuz Etkilerinin Giderilme Yollarının
Araştırılması” Doktora Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
[2] Eisele T. C., Kawatra S. K., 2003, “A Review of Binders in Iron Ore Pelletization”, Mineral Processing &
Extractive Metall. Rev., 24: 1-90.
[3] Meech, A. J., Paterson, J.G., 1984, “Agglomeration of Iron Ores and Concentrates”, United States Patent,
August, 14, 1984, Patent No: 4 465 510.
[4] http://www.maden.org.tr/resimler/ekler/7f0d2b95c60161b_ek.pdf
[5] Murray H. H., 2000, “Traditional and new Applications for Kaolin, .Smectite, and Palygorskite: a General
Overview”, Applied Clay Science 17_2000.207–221
[6] Rausell-Colom, J.A., Serratosa, J.M., 1987, “Reactions of Clays with Organic Substances” In: Newman,
A.C.D._Ed., Chemistry of Clays and Clay Minerals. Mineralogical Society, London.
[7] Pekin, B., 1983, “Biyokimya Mühendisliği (Biyoteknoloji), 2. Kitap, Ege Üniversitesi Kimya Fakültesi
Yayınları, 409 s., İzmir.
[8] James, M.C. ve James, M.L., 1998, “Drill Hole Pluggıng Method Utilizing Sodium Bentonite Nodules”, United
States Patent, September, 22,1998, Patent No: 5 810 085.
[9] Jayson, S. R. ve Kawatra, S. K., 2002, “A Novel Application of High-Carbon Fly- Ash as an Industrial Binder”
for Presentation at the 2002 Conference on Unburned Carbon in Utility Fly ash, Pittsburgh, PA.
[10] Kawatra S. K, Eisele T. C, Ripke S. J., vd. 1999, “High-Carbon Fly-Ash as a Binder for Iron Ore Pellets”, U.S.
Department of Energy Federal Energy Technology Center Contractor Reports Receipt Coordinator, M/S F07 3610
Collins Ferry Road P.O. Box 880 Morgantown, WV 26507-0880.
[11] http://z-fresh.webnode.sk/about-zeolite/ (14 Nisan 2015)
[12] Birle, J. D., Gibbs, G.V., Moore, P. B. ve Smitth J. V., 1968, “Crystal Structures of Natural Olivines” The
40 | P a g e
www.iiste.org
International Journal of Scientific and Technological Research
ISSN 2422-8702 (Online)
Vol 1, No.3, 2015
www.iiste.org
American Mineralogist, VOL 53, May_June, 1968.
[13] http://tr.wikipedia.org/wiki/Olivin (14 Nisan 2015)
[14] Ellenbaum, F. H., ve Ciesco R., 1990, “Agglomerates Containing Olivine for Use in Blast Furnace” United
States Patent, Oct. 16, 1990, Patent No:4963185.
[15] Erten M. H., 1975, “Kolemanit Flotasyon Konsantrelerinin Briketleme Yoluyla Aglomerasyonu” Maden Tetkik
ve Arama Dergisi Yıl:1976, Sayı:87.
[16] Forsmo, S,P.E. ve Hägglund, A., 2003 “Influence of the Olivine Additive Fineness on the Oxidation of
Magnetite Pellets”, International Journal of Mineral. Processing 70.
41 | P a g e
www.iiste.org